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1  引言
    湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司（以下簡稱為浮法公司）浮法二線是將原有的九機垂直引上玻璃生產線改造成為目前較先進的浮法玻璃生產線，保留了熔窯部分、煤氣車間和部分廠房，增加了冷卻部、錫槽、退火窯、冷端等部分，日熔化量350噸。
    浮法公司九改浮之前，三大熱工設備控制采用常規DDZ－II型儀表控制，儀表種類多、結構復雜、操作使用不方便，而且故障率高、控制效果差。此次改造決定采用DCS系統，通過對玻璃行業了解和市場調查，結合公司實際情況決定選用北京和利時系統工程股份有限公司的MACSⅡ系統。

2  系統介紹
(1)  MACS Ⅱ系統的網絡結構

圖1  系統結構圖

    MACS Ⅱ系統采用Client/Server（客戶/服務器）分層分布式結構。第一層是管理網（MNET）采用互連性、開放性很強的標準以太網100Mbps，協議為TCP/IP，管理網可通過網關與企業管理網（MIS網）相聯，主要完成不同裝置間的協調與企業內部的管理通訊；第二層為系統網絡（SNET）是采用100M以太網，主要完成各控制站、操作站之間的通訊，為雙冗余結構；第三層為控制網（C-NET），采用現場總線技術（Profibus-DP），主要完成控制站內部各I/O模塊與主控單元的通訊。系統結構如圖1所示。浮法公司測點及控制回路不多，選用了無專門服務器的控制方案（服務器兼作操作員站）。
(2)  MACS Ⅱ系統的硬件特點
    系統的服務器（操作員站）和工程師站采用DELL計算機，21’純平顯示器，操作員站配以觸摸式鍵盤和軌跡球，操作方便結實耐用。I/O模板采用SMT表面貼生產線制造，可靠性高，模擬量模塊A/D轉換精度為16位，所有模塊均可帶電拔插，減少了故障修復停機時間，模板由殼體封裝，防塵防干擾。主控單元采用Pentium 233工業級芯片，處理能力強。
    為提高系統的可靠性采用了：冗余措施，包括主控單元冗余、網絡冗余、電源冗余，在過程I/O單元中，模入模出單元均可冗余使用；危險分散措施，將部分控制或采集單元運算分散到各I/O單元；故障隔離措施，采用光電隔離和DC/DC隔離技術。
(3)  MACS Ⅱ系統的軟件特點
    MACS Ⅱ系統軟件是在WindowsNT環境下運行和組態，系統軟件包由五個子系統組成，分布在整個實時運行系統的各個站上。主要包括：數據庫生成系統軟件、系統配置軟件、控制方案生成系統軟件、圖形生成系統軟件、報表生成系統軟件。
    數據庫生成系統由三部分組成：數據庫總控、數據庫組態、控制表組態。其中數據庫總控是整個工程開始的窗口，也是整個工程結束的窗口。一個工程的開始，首先由數據庫總控創建工程，然后才可以進行其它組態工作。系統配置軟件用于在工程師站上定義應用系統硬件配置。控制方案生成系統軟件提供了符合國際IEEE1131-3標準的五種組態軟件工具。圖形生成系統軟件可生成應用系統所需的各種總貌圖、流程圖和工況圖，該軟件采用矢量繪圖方法，提供了方便的繪圖工具和多種動態顯示方式，通過圖形操作員可以對現場的運行情況一目了然，可方便地進行監控。報表生成系統軟件為用戶提供了強大的報表組態系統，組態過程采用“所見即所得”的方式。所有軟件均為中文界面，組態和調試方便靈活。
3  浮法玻璃生產線DCS系統
    DCS系統在浮法玻璃生產線中主要是實現對三大熱工部分進行監控：熔窯、錫槽、退火窯。筆者將熔窯部分定為10#現場控制站，錫槽、退火窯兩個部分定為11#現場控制站，將模塊分裝在兩個控制柜中，共用一組主控單元，在保證可靠性前提下既保持了各部分的獨立，又降低了成本。整套系統共處理現場信號的數目為：模擬量輸入信號（AI）261個，模擬量輸出信號（AO）83個，數字量輸入信號（DI）22個，數字量輸出信號（DO）15個。
(1)  熔窯部分
    主要是顯示碹頂、胸墻、池底、煙道等部位的溫度，煙道、熔窯等壓力。控制回路有助燃風流量、玻璃液位、熔窯壓力、稀釋風流量、流液道溫度、火焰換向控制等。
    玻璃液位控制使用PID算法。由于玻璃液位慣性較大，比例和積分都調整的較弱，加適當的微分，使控制對象不發生振蕩。兩臺投料機的輸出可設定不同的系數，偏料時在操作員站上直接輸入一臺投料機系數，另一臺投料機的速度自動進行修正。玻璃液位控制精度為±0.3mm以內。
    窯壓是熔窯部分的重要參數，工藝要求熔窯壓力應始終保持微正壓4Pa左右。影響窯壓的因素較多如助燃風流量、煤氣流量、煙囪抽力等，使得窯壓信號波動較大。使用濾波算法去除瞬時壓力波動，并將電動執行機構的死區范圍設的稍大一些，盡量減少執行機構的頻繁動作對控制對象的影響，在PID參數中加適當的微分，控制精度可保持在±1.5Pa左右（換火時會有一定的波動）。
    火焰換向控制使用梯形圖LD進行組態，由于煤氣易發生爆炸，煤氣、空氣交換機動作順序、位置都有嚴格的要求。組態時加入聯鎖功能保證了設備動作順序正確，利用定時器來檢測外部機械設備是否在一定的時間內到位，如發生故障則鎖定程序，并在報警畫面顯示相應的故障信息，必須人工干預排除故障后才能清除故障進入下次換向。這樣就保證了人員和設備的安全。在操作員站的監視畫面中可顯示各開關狀態，換向過程一目了然。報警畫面可以顯示各種故障信息，大大方便了檢修人員。其他控制回路也達到工藝要求。
(2)  錫槽部分
    主要是顯示槽內、罩內、槽底鋼板等部位的溫度、壓力，氮、氫氣流量等，對錫槽出口溫度進行控制。
錫槽出口溫度有很大的慣性，PID算法中采用了強比例弱積分，加適量微分，控制精度為±1℃。
(3)  退火窯部分
    主要是對退火窯縱向五個區A、B、C、RET1、RET2的溫度進行控制，其中有一部分是分程控制。這也是浮法生產線中的控制難點。
    退火窯分程控制是退火窯溫度過程值直接進入PID算法，在PID算法的輸出項上加上兩個折線算法使輸出開度0％~50％對應風閥開度100％~0％；輸出開度50％~100％對應電加熱開度0％~100％；當輸出開度為50％時，風閥和電加熱的開度均為零。考慮到風閥和電加熱對被控對象作用會有差別如使用相同的PID參數就很難達到好的控制效果，于是又在控制算法中加入參數選擇，即：當輸出開度0％~50％時自動選擇風閥的PID參數，當輸出開度50％~100％時自動選擇電加熱的PID參數，這樣雖然PID算法的參數比較難整定，但控制效果較好。退火窯的一般溫度控制（不分程的控制回路）基本與錫槽出口溫度控制類似。在正常生產時退火窯溫度大部分控制在±1.5℃左右。在退火窯部分的畫面中，把所有的風閥、電加熱輸出開度都用填充顏色的棒狀圖表示。所有設備的運行狀態一目了然。
4  安裝調試
    一套DCS系統的使用和控制效果很大程度上取決于安裝質量。浮法公司在安裝時吸取了其它廠家的經驗教訓，嚴格按照有關技術要求施工。將各類電纜分開敷設。增設DCS專用接地系統，接地電阻在1Ω以下，用50mm2絕緣軟銅線引入DCS室，設置接地母排，并嚴格與電氣系統的地線分開。電源部分使用單獨UPS供電，在UPS電源的輸出端增加隔離變壓器一臺，使電源得到進一步凈化。在系統上電前對所有電纜都進行校線，保證萬無一失。
    經過以上這些工作，系統上電調試相當順利，沒有損壞一塊模塊，所有信號均準確無誤，操作員站上顯示的溫度、壓力等數值都十分穩定沒有發現任何干擾現象，各控制回路經過仔細調整控制參數都滿足了工藝要求。
    當然和利時MACSⅡDCS系統還一些不足之外，如接線端子設計過于緊湊，在接線時不太方便。
5  結語
    和利時MACSⅡDCS系統在湖南株洲光明浮法玻璃股份有限公司浮法二線投入使用后，整套系統操作方便、組態靈活，取得了明顯的經濟效益。